Observer(观察者模式)

1. 意图

定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

在观察者模式中，有两类对象：被观察者（Subject）和观察者（Observer）。被观察者是一个具有状态的对象，当其状态发生变化时，会通知所有的观察者。观察者是一个依赖于被观察者的对象，它会接收到被观察者的通知，并进行相应的处理。

2. 适用性

《GOF设计模式:可复用面向对象软件的基础》中描述如下：

当一个抽象模型有两方面，其中一个方面依赖于另一方面。将这二者封装在独立的对象中以使它们各自独立地自主改变和复用。
当对一个对象的改变需要同时改变其它对象，而不知道具体有多少对象有待改变。
当一个对象必须通知其它对象，而它又不能假定对象是谁。即对象之间关系是解耦合的。

3. 实现

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

class Observer {
public:
  virtual ~Observer() {}

  virtual void Update(const std::string &msg) = 0;
};

class NetObserver : public Observer {
public:
  virtual void Update(const std::string &msg) override {
    std::cout << "NetObserver recv msg: " << msg << std::endl;
  }
};

class SerialObserver : public Observer {
public:
  virtual void Update(const std::string &msg) override {
    std::cout << "SerialObserver recv msg: " << msg << std::endl;
  }
};

class Subject {
public:
  virtual ~Subject() {}

  bool Attach(Observer *ptr) {
    if (ptr == nullptr)
      return false;
    m_vecObserver.push_back(ptr);
    return true;
  }
  void Detach(const Observer *ptr) {
    for (auto iter = m_vecObserver.begin(); iter != m_vecObserver.end();
         ++iter) {
      if (*iter != ptr)
        continue;
      m_vecObserver.erase(iter);
    }
  }
  void Notify(const std::string &msg) {
    for (Observer *ptr : m_vecObserver)
      ptr->Update(msg);
  }

private:
  std::vector<Observer *> m_vecObserver;
};

class NetSubject : public Subject {
public:
  void DoSomething() { Notify("NetSubject msg"); }
};

class SerialSubject : public Subject {
public:
  void DoSomething() { Notify("SerialSubject msg"); }
};

void Test() {
  NetObserver *net1 = new NetObserver;
  NetObserver *net2 = new NetObserver;
  SerialObserver *serial1 = new SerialObserver;
  SerialObserver *serial2 = new SerialObserver;

  NetSubject *netSub = new NetSubject;
  SerialSubject *serialSub = new SerialSubject;

  netSub->Attach(net1);
  netSub->DoSomething();
  std::cout << "------------------------------" << std::endl;
  netSub->Attach(net2);
  netSub->DoSomething();
  std::cout << "------------------------------" << std::endl;

  serialSub->Attach(serial1);
  serialSub->DoSomething();
  std::cout << "------------------------------" << std::endl;
  serialSub->Attach(serial2);
  serialSub->DoSomething();

  delete net1;
  delete net2;
  delete serial1;
  delete serial2;
  delete netSub;
  delete serialSub;
}

int main() {
  Test();
  return 0;
}

执行结果

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| NetObserver recv msg: NetSubject msg ------------------------------ NetObserver recv msg: NetSubject msg NetObserver recv msg: NetSubject msg ------------------------------ SerialObserver recv msg: SerialSubject msg ------------------------------ SerialObserver recv msg: SerialSubject msg SerialObserver recv msg: SerialSubject msg |

4. 优缺点

松耦合性：被观察者和观察者之间是松耦合的，它们之间仅通过接口或抽象类进行通信，不需要直接相互引用，可以独立变化。
可扩展性：可以随时增加新的观察者，而不需要修改被观察者的代码，也可以很容易地添加新的被观察者。
可重用性：观察者模式可以在不同的场景中重复使用，不需要重写逻辑。
实时更新：被观察者一旦发生变化，所有的观察者都会实时收到通知并进行相应的更新，保证了数据的实时性。
观察者过多：如果观察者的数量过多，通知所有观察者可能会导致性能问题，影响系统的运行效率。
顺序控制困难：观察者之间是一种松散的耦合关系，无法控制观察者接收通知的顺序，可能会导致一些不可预测的问题。
循环依赖问题：如果观察者与被观察者之间存在循环依赖，可能会导致系统出现问题。

5. 模板实现

cpp 复制代码

#include <functional>
#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>

class ObserverA {
public:
  void UpdateA(const std::string &msg) {
    std::cout << "ObserverA msg: " << msg << std::endl;
  }
};

class ObserverB {
public:
  void UpdateB(const std::string &msg) {
    std::cout << "ObserverB msg: " << msg << std::endl;
  }
};

template <typename Func> class Event {
public:
  Event() : m_observeId(0) {}
  virtual ~Event() {}

  int Attach(Func &&f) { return Assign(f); }
  int Attach(const Func &f) { return Assign(f); }
  void Detach(int key) { m_mapOberserve.erase(key); }
  template <typename... Args> void Notify(Args &&...args) {
    for (auto &it : m_mapOberserve) {
      it.second(std::forward<Args>(args)...);
    }
  }

private:
  Event(const Event &) = delete;
  Event &operator=(const Event &) = delete;

  template <typename F> int Assign(F &&f) {
    m_mapOberserve.emplace(m_observeId++, std::forward<F>(f));
    return m_observeId - 1;
  }

private:
  int m_observeId;
  std::unordered_map<int, Func> m_mapOberserve;
};
void Test() {
  Event<std::function<void(const std::string &)>> event;
  ObserverA oba;
  int key =
      event.Attach(std::bind(&ObserverA::UpdateA, oba, std::placeholders::_1));
  event.Notify("AAAAA");
  std::cout << "-----------------------" << std::endl;
  ObserverB obb;

  event.Attach(std::bind(&ObserverB::UpdateB, obb, std::placeholders::_1));
  event.Notify("AAAAABBBBB");
  std::cout << "-----------------------" << std::endl;
  event.Detach(key);
  event.Notify("BBBBB");
}

int main() {
  Test();
  return 0;
}

执行输出

|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| ObserverA msg: AAAAA ----------------------- ObserverB msg: AAAAABBBBB ObserverA msg: AAAAABBBBB ----------------------- ObserverB msg: BBBBB |